數(shù)控加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)
數(shù)控加工機(jī)床是利用數(shù)字邏輯控制技術(shù)，準(zhǔn)確地按照事先編制好的程序，加工出所需形狀和結(jié)構(gòu)零件的機(jī)電一體化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是在原普通機(jī)床基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，一般由機(jī)床本體、伺服系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、強(qiáng)電控制柜、數(shù)控系統(tǒng)和各類輔助裝置組成。
1）機(jī)床主體
數(shù)控加工機(jī)床主體由機(jī)床基礎(chǔ)件（床身、底座）和各運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、主軸）所組成，具有以下特點(diǎn)：
（1）數(shù)控機(jī)床為金字塔式結(jié)構(gòu)，具有寬導(dǎo)軌和低重心；
（2）數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；
（3）數(shù)控機(jī)床接卸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形小；
（4）數(shù)控機(jī)床更多采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。
2）伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)。主要由伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和位置檢測(cè)與反饋裝置等組成。伺服電機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是伺服電機(jī)的動(dòng)力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)與位置反饋信號(hào)比較后作為位移指令，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)工作后或刀架運(yùn)動(dòng)。
3）數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心，主要由操作系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類輸入輸出接口等組成。高速加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)除具有高速處理數(shù)據(jù)的能力及相當(dāng)高的預(yù)讀能力外，還應(yīng)具有以下基本功能：①刀具補(bǔ)償；②插補(bǔ)；③“向前看”（該功能可以在保證最了的加工精度前提下，使機(jī)床以最快的速度進(jìn)行加工）；④坐標(biāo)系統(tǒng)；⑤每個(gè)軸分配不同的增益、快速速率和加減速率；⑥內(nèi)置PLC；⑦坐標(biāo)軸互換；⑧編程功能；⑨編輯功能⑩操作顯示及其他功能。
2．?dāng)?shù)控加工機(jī)床的分類
數(shù)控機(jī)床的類型很多，通常可以按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、伺服系統(tǒng)的類型、工藝用途等進(jìn)行分類。
1）按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類
根據(jù)刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，可分為點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制三種類型。
（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而對(duì)運(yùn)動(dòng)的中間軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。這類機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位控制裝置。
（2）直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡，其路線一般由與各軸線平等的直線段組成，當(dāng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可以沿一個(gè)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行切削加工。這類機(jī)床主要有數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床、簡(jiǎn)易數(shù)控車床等，相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為直線控制裝置。
（3）輪廓控制又稱為連續(xù)控制，其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸聯(lián)動(dòng)，具有插補(bǔ)功能。它不僅要控制起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而且要控制加工過(guò)程中每一點(diǎn)的位置和速度，可加工出任意形狀的曲線或曲面。這類機(jī)床有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、加工中心等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制裝置。
2）按伺服系統(tǒng)的類型分類
按照數(shù)控設(shè)備伺服驅(qū)動(dòng)的控制方式，可分為開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和混合控制數(shù)機(jī)床。
（1）開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置發(fā)生的指令是單向的，一般采用功率步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動(dòng)元件，其轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速分別由輸入的脈沖數(shù)和脈沖頻率決定，系統(tǒng)中沒(méi)有檢測(cè)反饋元件。這種控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試與縱方便、價(jià)格低廉且不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，其精度取決于步進(jìn)電機(jī)和設(shè)備本身的精度，適用于一般要求的中小型機(jī)床和位置精度要求不高的設(shè)備。
（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床根據(jù)各運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置反饋數(shù)值和控制指令中規(guī)定的位置數(shù)值進(jìn)行比較，以差值來(lái)控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件，一般采用直流或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，并帶有光柵、感應(yīng)同步器和磁尺等位置檢測(cè)反饋元件，這樣的控制方式稱為全閉環(huán)控制；如果位置反饋信息不是取自運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置，而是取自伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角（如進(jìn)給絲杠的轉(zhuǎn)角），則稱為半閉環(huán)控制。閉環(huán)控制通過(guò)誤差補(bǔ)償可以消除機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的部分或全部誤差和間隙，可以獲得滿意的精度。目前大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制，而精度很高的機(jī)床則采用全閉環(huán)控制。閉環(huán)控制的數(shù)控設(shè)備精度高，但系統(tǒng)復(fù)雜，容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，高度困難。
（3）混合控制數(shù)控機(jī)床是將上述控制方式的特點(diǎn)有選擇的組合，利用其優(yōu)點(diǎn)組成混合控制方案。如利用開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)的穩(wěn)定性和所能達(dá)到的高位置增益獲得較高的速度和良好的動(dòng)態(tài)特性，利用全閉環(huán)的誤差精確補(bǔ)償特性獲得很高的靜態(tài)定位精度。混合控制是在以開(kāi)環(huán)或半閉環(huán)控制進(jìn)行基本驅(qū)動(dòng)，增加位置校正電路、位移及速度測(cè)量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)，然后用全閉環(huán)和半閉環(huán)或開(kāi)環(huán)的差進(jìn)行控制。混合閉環(huán)控制方式適用于重型數(shù)控機(jī)床。
3）按工藝用途分類
數(shù)控機(jī)床的用途從早期的切削加工已經(jīng)擴(kuò)展到各種工藝中，其加工用途、功能特點(diǎn)多種多樣，按其基本工藝用途可分為金屬切削類、金屬成形類、特種加工類、復(fù)合材料加工類和測(cè)量繪圖類。
（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床是指采用車、銑、鏜、磨等各種切削工藝的數(shù)控設(shè)備，包括床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。
（2）金屬成形類數(shù)控機(jī)床是指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控設(shè)備，常用的有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。
（3）特種加工類數(shù)控機(jī)床是指以電、光、束流等進(jìn)行材料加工的數(shù)控設(shè)備，主要包括數(shù)控火花機(jī)床、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)、激光快速成型機(jī)等。
（4）復(fù)合材料加工類是指復(fù)合材料原料制備、構(gòu)件制造的數(shù)控設(shè)備，包括數(shù)控裁剪機(jī)、布線機(jī)、數(shù)控鋪帶機(jī)、數(shù)控纏燒機(jī)等。
（5）測(cè)量繪圖類主要有坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控對(duì)刀儀、數(shù)控繪圖機(jī)等。
